超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù)

張 天,荊德吉,葛少成,王繼仁,任帥帥,孟祥曦

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000；2.礦山熱動(dòng)力災(zāi)害與防治教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室，遼寧 阜新 123000；3.太原理工大學(xué) 安全與應(yīng)急管理工程學(xué)院，山西 太原 030024)

粉塵污染是煤礦行業(yè)的重要災(zāi)害之一，空氣動(dòng)力學(xué)粒徑在7.07 μm以下的呼吸性粉塵可經(jīng)呼吸作用進(jìn)入人體[1-2]，嚴(yán)重危害礦山工作人員的健康[3-4]。目前，微米級(jí)噴霧降塵方式是控制此類粉塵最有效且成本低廉的方法，但由于霧滴與粉塵的尺寸越接近，2者碰撞概率越大[5-6]，往往需要噴霧降塵技術(shù)達(dá)到更高的霧化效率。

為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究。聶文等[7]研制了一種煤壁與液壓支架間的高壓噴霧裝置，并得出霧化壓力8 MPa時(shí)其降塵效果最佳。金龍哲等[8]研發(fā)了一種礦山井下移動(dòng)濕式旋流除塵器，延長(zhǎng)了微霧同粉塵接觸的軌跡和時(shí)間。王鵬飛等[9]研究了內(nèi)混式空氣霧化噴嘴出口直徑對(duì)其霧化特性及降塵性能的影響?？茏用鞯萚10]采用格子Boltzmann方法模擬得到了噴嘴噴口處的壓力與噴霧效率的關(guān)系，以及可減少噴嘴能量、提高霧化效率且分布平穩(wěn)的壓力曲線。鄒常富等[11]根據(jù)工作面粉塵粒徑、噴霧粒徑與降塵效率的關(guān)系，確定了高壓噴霧粒徑的最佳范圍。KUPPA Ashoke Raman等[12-13]采用格子Boltzmann方法獲得了液滴的速度與其沖擊固體表面時(shí)的形態(tài)變化的關(guān)系。葛少成等[14]研究得到增大氣、液相間速度差可以提高氣動(dòng)噴霧降塵效率。INGRID K等[15]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)霧滴的破碎與回彈有助于增加其對(duì)疏水型表面的碰撞粘附量。XIE Wei等[16]開發(fā)了基于高速Schliren技術(shù)的開放式霧化試驗(yàn)臺(tái)，獲得了不同壓力下振蕩噴嘴的噴霧特性。楊超等[17]基于拉瓦爾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了干霧抑塵噴頭，達(dá)到微米級(jí)霧化抑塵效果[18]，但霧滴柔軟無力、粒徑空間分布不均[19-20]。

盡管隨著降塵噴霧技術(shù)發(fā)展，霧化粒徑已達(dá)到微米級(jí)，但普遍捕塵動(dòng)力不足、噴頭易堵塞、能耗高。目前，超音速霧化是一種高效霧化、強(qiáng)勁動(dòng)力的先進(jìn)噴霧技術(shù)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究包括，SHEN Shuai等[21]用高速紋影法試驗(yàn)得到超音速流中激波引起的瞬態(tài)液滴形變機(jī)制。REGERT T等[22]利用激光片紅外光譜成像法(IR-LES)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超音速霧化過程中一次霧化液帶的破碎程度決定了二次霧化的效果。SALLAM K A等[23]利用數(shù)字全息顯微鏡試驗(yàn)得到超音速一次射流霧化的液帶、液滴尺寸和速度的近場(chǎng)區(qū)域分布特性。LIU N等[24]模擬了在馬赫數(shù)Ma為1.2，1.5和1.8下的超音速液滴破碎過程，得到引起液滴破碎的表面不穩(wěn)定性是迎風(fēng)面高速氣體的流動(dòng)剪切和背風(fēng)面的旋渦誘導(dǎo)的共同作用結(jié)果。ANUFRIEV I S等[25]利用現(xiàn)代光學(xué)測(cè)量方法研究了液態(tài)烴在超音速氣流中的射流霧化過程，獲得了分散相速度、霧化角等數(shù)據(jù)。劉靜等[26]利用Kelvin-Helmholtz(K-H)不穩(wěn)定模型深入研究了超音速橫向流中的射流霧化過程，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該模型的可靠性。

綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)提高霧化降塵效率的研究很多，但對(duì)超音速霧化降塵技術(shù)的研究很少，尤其是根據(jù)管內(nèi)超音速流動(dòng)特性對(duì)液相離散方式、結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化研究仍為空白。為此，提出超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)裝置并研究其霧化控塵和現(xiàn)場(chǎng)適用特性。

1 超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù)

1.1 超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化機(jī)理及裝置

為達(dá)到對(duì)粉塵高動(dòng)力、細(xì)霧化的捕集效果，在對(duì)超音速流場(chǎng)流動(dòng)特性深入研究的基礎(chǔ)上，提出了超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化技術(shù)。

1.1.1超音速橫向射流霧化機(jī)理

通常超音速霧化是指在超音速氣流中的橫向射流霧化過程，其機(jī)理如圖1所示。

圖1 超音速流場(chǎng)橫向射流霧化機(jī)理

在超音速流場(chǎng)中，高壓噴射的液體在其中受到高速剪切氣流、大尺度渦旋和激波的共同作用，經(jīng)液柱斷裂、一次破碎、二次破碎之后成為微米級(jí)霧滴[27]。

1.1.2超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化原理

超音速流場(chǎng)是由可壓縮流體，如空氣，流經(jīng)拉瓦爾噴管產(chǎn)生。如圖2所示，該噴管結(jié)構(gòu)包括壓縮段、喉部及擴(kuò)張段，流體流經(jīng)壓縮段、喉部后在擴(kuò)張段可被加速至超音速，即馬赫數(shù)Ma>1。

圖2 拉瓦爾噴管內(nèi)跨音速流動(dòng)原理

前期研究中發(fā)現(xiàn)拉瓦爾跨音速流動(dòng)流場(chǎng)呈軸對(duì)稱帶狀分布[28]。如圖3所示，高速負(fù)壓區(qū)域位于軸附近，低速區(qū)位于管壁與高速區(qū)之間，高密度膨脹氣流由軸向壁面擠壓。據(jù)此規(guī)律，提出超音速汲水虹吸原理[29]，即利用高速區(qū)的負(fù)壓汲水后，形成連通器虹吸現(xiàn)象，液體在進(jìn)入流場(chǎng)之初便受到高動(dòng)能剪切破碎達(dá)到微米級(jí)，不形成圖1中的液柱區(qū)和一次破碎，直接達(dá)到二次破碎水平。

1.1.3超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化裝置

設(shè)計(jì)了采用“汲水探針”結(jié)構(gòu)液相離散的霧化裝置，如圖4所示。

汲水探針由直徑0.8 mm不銹鋼微管制成，將超音速流帶與汲水槽直連，為液相到達(dá)破碎點(diǎn)建立負(fù)壓通道，借助金屬剛性回避了氣流的迎面動(dòng)壓，保留其高速剪切動(dòng)能和負(fù)靜壓力。萬向節(jié)可調(diào)整噴射角度，探針兩側(cè)金屬側(cè)壁的夾角為噴頭的出口錐度。

超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化方式，后簡(jiǎn)稱汲水方式，將“以高壓穿透高速氣流注水”轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄贸羲倭鲃?dòng)特性汲水虹吸”，霧化時(shí)增大了相間速度差，降低了局部氣-液比和對(duì)沖能量耗散率，避免了低效射流霧化中的流量損失。如圖5所示，氣動(dòng)壓力為0.4 MPa時(shí)，在暗室平行光下霧場(chǎng)呈“浪狀云霧”，沿軸向霧滴濃度大、速度快，向邊界處逐漸稀薄；邊界層向內(nèi)渦狀卷動(dòng)，地面無沾濕，表明霧滴動(dòng)力強(qiáng)、粒度細(xì)且分布均勻。

圖5 超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化效果

為研究氣動(dòng)壓力、出口錐度對(duì)裝置霧滴特性分布的影響規(guī)律，開展試驗(yàn)與數(shù)值模擬研究。

1.2 裝置霧化特性

霧滴粒徑與速度是霧化控塵性能的重要影響因素[11]。霧滴粒徑分布中小粒徑的比例越大，相同耗水量時(shí)霧滴數(shù)量濃度呈指數(shù)倍增加，對(duì)粉塵的濕潤(rùn)概率越大。霧滴速度越快，覆蓋范圍越大，與粉塵作用的時(shí)間越長(zhǎng)，降塵效果越好[8]。

1.2.1霧場(chǎng)霧滴粒徑分布試驗(yàn)研究

試驗(yàn)測(cè)量?jī)x器采用了夫瑯禾費(fèi)衍射原理粒度分析儀(測(cè)試范圍1～500 μm，測(cè)量誤差1%)，考慮到噴嘴出口外0～30 cm內(nèi)(稱近場(chǎng))霧滴的濃度、速度過大會(huì)導(dǎo)致儀器測(cè)量誤差大；由于1.5 m后霧滴的運(yùn)動(dòng)速度開始下降，在不同橫向風(fēng)風(fēng)速下的實(shí)際穿透深度比靜止空氣中相應(yīng)減小，據(jù)此選擇噴口外30 cm至霧場(chǎng)中上段80 cm為霧滴粒徑的測(cè)量范圍。選擇常規(guī)穩(wěn)壓閥的穩(wěn)壓范圍0.3～0.6 MPa為氣動(dòng)壓力范圍，霧滴粒徑V50即霧滴的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的霧滴粒徑，如圖6所示。

圖6 霧滴粒徑V50測(cè)試結(jié)果

由于隨距離增加霧滴所受湍流與渦旋的剪切強(qiáng)度下降，其凝并大于破碎，粒徑隨距離增大而增加；隨擴(kuò)散范圍增大，50 cm后其破碎、蒸發(fā)、凝并相平衡，粒徑穩(wěn)定于21 μm左右，并且受氣動(dòng)壓力影響較小。

因試驗(yàn)缺失的近場(chǎng)范圍內(nèi)霧滴粒徑數(shù)據(jù)對(duì)研究霧化降塵有重要參考價(jià)值，開展了相關(guān)的數(shù)值模擬研究。

1.2.2出口近場(chǎng)霧滴粒徑、速度數(shù)值模擬

前期研究中，基于準(zhǔn)一維管內(nèi)流動(dòng)、能量守恒、質(zhì)量連續(xù)方程，K-H不穩(wěn)定破碎模型和CFD方法，應(yīng)用COMSOL軟件中Spalart-Allmaras和液滴霧化粒子追蹤模塊建立了可靠的數(shù)值模型[28-29]。

(1)幾何模型與網(wǎng)格劃分。噴管幾何模型的內(nèi)壁曲線函數(shù)由MATLAB軟件三次樣條模塊擬合得到，該擬合方法保障了曲線函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)連續(xù)可導(dǎo)，依據(jù)該曲線函數(shù)所建立的噴管幾何模型內(nèi)壁是光滑的。并在噴管外建立較大的大氣計(jì)算區(qū)域。噴管和大氣的幾何建模尺寸和網(wǎng)格的相對(duì)質(zhì)量，如圖7所示，網(wǎng)格劃分延對(duì)稱軸細(xì)化處理，以捕捉超音速流場(chǎng)軸向特性參數(shù)的快速變化。網(wǎng)格的平均單元質(zhì)量符合精度要求，計(jì)算綜合自由度符合自由度計(jì)算要求[29]。

圖7 網(wǎng)格劃分與軸向網(wǎng)格細(xì)化

(2)數(shù)值模擬結(jié)果分析。模擬結(jié)果分析截取了近場(chǎng)霧滴速度大小的三維追蹤結(jié)果，如圖8所示。霧滴受到氣流的推力加速運(yùn)動(dòng)，隨著遠(yuǎn)離噴嘴出口推力逐漸衰減，當(dāng)霧滴運(yùn)動(dòng)至噴嘴出口外100 mm后，推力小于霧滴受到的空氣阻力，速度開始下降。因此，霧滴噴射速度呈軸對(duì)稱分布，延法向逐漸減小，延軸向隨噴射距離的增加先增大后減小。

圖8 近場(chǎng)霧滴速度大小三維分布

近場(chǎng)霧滴速度大小、霧滴粒徑百微米以下分布統(tǒng)計(jì)的結(jié)果如圖9，10所示。由于該霧化方式的噴管內(nèi)部超音速流場(chǎng)能量被合理利用，在噴射路徑上無阻礙，其霧滴噴射速度明顯提高。

圖9 霧滴速度與數(shù)量濃度關(guān)系統(tǒng)計(jì)

霧滴速度累加濃度達(dá)到0.5時(shí)所對(duì)應(yīng)的霧滴速度為160 m/s，表明霧滴速度超過160 m/s的數(shù)量占比為50%，累加數(shù)量濃度0.01對(duì)應(yīng)50 m/s，表明50 m/s以上霧滴占比達(dá)99%。因液滴被直接釋放于超音速流域內(nèi)，進(jìn)入流場(chǎng)之初便達(dá)到最大氣液相間速度差和最大霧化速率，在百微米下霧滴數(shù)量濃度統(tǒng)計(jì)中10 μm和5 μm以下分別占90%和80%。

圖10 百微米下霧滴粒徑分布數(shù)量濃度統(tǒng)計(jì)

如圖11所示，汲水管路被置于濁度約7 500 NTU的燒杯中，由于采用負(fù)壓汲水的液相離散方式，大粒徑雜質(zhì)很快沉淀于燒杯底，小粒徑雜質(zhì)盡管能被吸入管路，但卻不足以堵住噴頭，該機(jī)制保障了裝置霧化效果的穩(wěn)定性。

圖11 汲水防堵穩(wěn)定性試驗(yàn)流程

綜上研究表明，超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化裝置具有霧滴動(dòng)力強(qiáng)、粒徑小、分布均勻和運(yùn)行穩(wěn)定防堵的特點(diǎn)。

2 裝置控塵特性試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)平臺(tái)、材料與測(cè)試方法

為研究該技術(shù)裝置的控塵特性，通過控制變量和對(duì)比試驗(yàn)的方法，進(jìn)行降塵、隔塵等試驗(yàn)，如圖12所示，搭建了控塵試驗(yàn)平臺(tái)。

圖12 控塵試驗(yàn)平臺(tái)

為防止霧滴影響粉塵質(zhì)量濃度測(cè)量結(jié)果，濾膜采樣前后經(jīng)烘干處理再稱量，測(cè)試位置為箱體幾何中心處。試驗(yàn)粉塵由遼寧阜新地區(qū)塊狀亮煤研磨而成，煤質(zhì)為長(zhǎng)焰煤，水分6.92%，灰分35.21%，揮發(fā)分43.27%，粉塵粒度分布為2.5 μm下占27.3%，2.5～10 μm占61.6%，10～109 μm占11.1%。

除粉塵質(zhì)量濃度外，測(cè)定指標(biāo)定義降塵速率v0由式(1)計(jì)算。

(1)

式中，s為發(fā)塵強(qiáng)度，mg/s；t為發(fā)塵時(shí)間，s；t0為質(zhì)量濃度降至國(guó)標(biāo)的時(shí)間，s。

2.2 工況、結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)降塵特性的影響

工況條件和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)霧化降塵特性有很大影響，采用控制變量法試驗(yàn)研究了4個(gè)氣動(dòng)壓力下，6種出口錐度的超音速汲水虹吸霧化裝置的射程、霧化角、耗氣量、耗水量和降塵速率。

如圖13所示，由于噴嘴出口外氣流的膨脹角主要受到其錐度的影響且與氣動(dòng)壓力有關(guān)，霧化角隨錐度的增大先增后減，極值由氣壓力決定，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1。

圖13 不同出口錐度噴頭的霧化角

由表1得，由于增加氣動(dòng)壓力后噴管總動(dòng)能增大使氣流平均速度、汲水負(fù)壓增大，射程、耗氣量、耗水量隨之增大；霧化過程主要發(fā)生在噴管內(nèi)，當(dāng)氣動(dòng)壓力相同時(shí)，因錐度對(duì)管內(nèi)流場(chǎng)特性分布的影響較小，不同錐度噴管的霧化效率相近，耗水量大則表明相近尺寸的霧滴濃度大，射程遠(yuǎn)則表明霧滴速度快。霧滴濃度大、速度快時(shí)，與粉塵結(jié)合效率更高，因而表中耗水量大、射程遠(yuǎn)的類型對(duì)應(yīng)的降塵速率更快。該表可為實(shí)際應(yīng)用提供參考，如煤礦井下轉(zhuǎn)載可選低水量廣角型，對(duì)煤卡值影響小且覆蓋面積大，如落煤塔可選適合遠(yuǎn)距離降塵布置類型。

表1 不同工況、結(jié)構(gòu)參數(shù)噴頭的霧化降塵特性

2.3 控塵特性對(duì)比試驗(yàn)

目前，煤礦井下多采用高壓噴霧、普通風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴霧降塵技術(shù)，但高壓霧化噴頭易堵塞、耗電高；普通風(fēng)水聯(lián)動(dòng)噴頭則霧化效果差、耗水量大，而超聲波干霧抑塵技術(shù)是其中節(jié)水霧化、降塵效果最好的方式?；诖耍瑢⒊羲偌乘缥F化裝置與之進(jìn)行相同條件下的包括降塵、隔塵和能耗的對(duì)比試驗(yàn)研究，分析汲水方式的控塵特性、驗(yàn)證該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

2.3.1降塵對(duì)比試驗(yàn)

降塵對(duì)比試驗(yàn)研究的試驗(yàn)條件為：水流量140 mL/min，氣動(dòng)壓力0.4 MPa；在降塵的同時(shí)，用功率表測(cè)定空壓機(jī)與水泵的耗電量；汲水方式噴頭選擇了0°錐角，干霧抑塵噴頭型號(hào)ADGSV882。對(duì)比結(jié)果如圖14與表2所示。

表2 2種類型噴頭降塵特性對(duì)比

圖14 2種測(cè)試噴頭瞬時(shí)粉塵質(zhì)量濃度和降塵效率對(duì)比

隨降塵時(shí)間增加，汲水方式比干霧抑塵方式降塵效率更高，降塵速度下降更慢。350 s時(shí)汲水方式降至國(guó)標(biāo)，按照式(1)計(jì)算得到降塵速率為457.14 mg/s，干霧抑塵方式420 s時(shí)仍未達(dá)到，汲水方式瞬時(shí)降塵效率較之提高了2.00%～26.87%，達(dá)到相同效率(同為96%)的時(shí)間縮短了1/3。

經(jīng)分散度測(cè)試，汲水方式的采樣濾膜上PM10以下粉塵分散度比干霧抑塵方式減小了24%。是因?yàn)?50 s后箱體內(nèi)粉塵粒徑普遍保持在10 μm以下，而干霧抑塵方式的霧滴粒徑分布在15～80 μm并混合有更大的粒徑，且霧滴速度很小，這制約了降塵的效果；而汲水方式霧滴粒徑分布在1～30 μm，速度快，與粉塵的結(jié)合效果更好。

如圖15所示，在兩噴頭降塵運(yùn)行相同時(shí)刻時(shí)，因汲水方式耗氣量小，對(duì)空壓機(jī)負(fù)荷小，且不需水泵，耗電量更低，相比干霧抑塵方式節(jié)能60%左右。

圖15 2種噴頭總能耗對(duì)比折線示意

表3給出了考慮單位降塵量的運(yùn)行效能參數(shù)對(duì)比結(jié)果。計(jì)算可得，汲水方式降塵速率約為干霧方式的1.5倍，耗水約為1/2，耗氣約為1/3。

表3 運(yùn)行效能參數(shù)對(duì)比結(jié)果

2.3.2隔塵對(duì)比試驗(yàn)

為分析所形成霧幕對(duì)塵源的隔絕效果，試驗(yàn)測(cè)量了經(jīng)霧幕阻隔后120 s內(nèi)的總透塵量。對(duì)比數(shù)據(jù)見表4，相比干霧抑塵方式(隔塵效率84.75%)，汲水方式隔塵效率達(dá)94.07%，呼吸性粉塵隔塵效率79.43%，PM2.5占比減少15%，PM2.5隔塵效率增加30%。

表4 隔塵試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果

綜上試驗(yàn)研究結(jié)果表明，超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù)具有高效節(jié)能和穩(wěn)定控塵的特性，尤其對(duì)呼吸性粉塵具有較強(qiáng)的捕集效果。

2.4 超音速汲水虹吸霧化降塵機(jī)理

結(jié)合數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究結(jié)果，揭示超音速汲水虹吸霧化降塵機(jī)理，如圖16所示。

圖16 超音速汲水虹吸霧化降塵機(jī)理

霧滴軸向及噴口近場(chǎng)霧滴粒徑小、運(yùn)動(dòng)速度快，粉塵與之接觸時(shí)受到負(fù)壓卷吸作用進(jìn)入軸向高速細(xì)霧區(qū)域，PM10以上快速沉降，PM10以下受到負(fù)壓牽引、主動(dòng)捕捉、截流碰撞、松弛濕潤(rùn)的綜合作用。PM2.5～ PM10可由此迅速凝并、生長(zhǎng)、沉降，但對(duì)PM2.5以下潤(rùn)濕、沉降效率不高。

3 現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用

3.1 應(yīng)用背景

敏東一礦隸屬于內(nèi)蒙古蒙東能源有限公司，負(fù)責(zé)井下煤炭開采工作。因煤層含水較多，煤質(zhì)中水分大，井下早期設(shè)計(jì)水泵排水量有限，又因回風(fēng)巷等粉塵濃度大、呼吸性粉塵含量高，常規(guī)濕式降塵方式應(yīng)用遇到排水困難、降塵效率低的問題。

以該礦06回風(fēng)巷與無極繩機(jī)頭過度段為工程試點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)施了一套節(jié)水、防堵、高效的全斷面超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧幕控塵系統(tǒng)。

3.2 應(yīng)用效果

工程試點(diǎn)處巷道幾何尺寸為，頂板高約3.5 m，巷道寬約5.8 m，巷道斷面積約20 m2，巷道斷面中心風(fēng)速平均0.86 m/s，人行道風(fēng)速平均0.25 m/s。

系統(tǒng)懸掛距底板約3.3 m處，為從頂板噴射實(shí)現(xiàn)全斷面覆蓋，需要抵抗橫向巷道中心平均0.86 m/s的高速風(fēng)流，并且需在較低氣壓和耗氣量條件下覆蓋20 m2大斷面。

為此，霧幕中心噴頭需要根據(jù)表2選擇射程遠(yuǎn)的型號(hào)和工況，中間3枚噴頭的錐度為0°并配合渦旋氣動(dòng)增壓裝置，氣動(dòng)壓力最大0.6 MPa，兩側(cè)風(fēng)速低選定覆蓋面積大的錐角60°廣角型號(hào)，工況根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要調(diào)節(jié)，效果如圖17所示。

圖17 全斷面超音速汲水虹吸霧幕效果

全斷面超音速汲水虹吸噴霧控塵系統(tǒng)所產(chǎn)生的高速氣霧將巷道斷面完全覆蓋，同時(shí)高效捕捉呼吸性粉塵，使其脫離風(fēng)載流線在巷道底板上迅速聚結(jié)。由表5可得，治理后呼吸性粉塵濃度明顯下降，降塵效率達(dá)88.80%～92.58%。系統(tǒng)低濕特性使過往行人免受“灑水”淋濕，地面無積水，大幅增加了該礦安全、環(huán)保水平，符合其降塵要求。

表5 綜合治理前后呼吸性粉塵質(zhì)量濃度對(duì)比

4 結(jié) 論

(1)提出了超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化技術(shù)并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)裝置，達(dá)到低至0.2 MPa氣動(dòng)壓力的無液相來壓汲水，并產(chǎn)生虹吸過程，達(dá)到微米級(jí)、高動(dòng)力的霧化效果，射程遠(yuǎn)、耗氣量低、耗水量低。

(2)相比干霧抑塵方式，超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵速率大幅度提高。瞬時(shí)降塵效率提高2%～26%，相同降塵效率時(shí)，呼吸性粉塵比例減少24%；隔塵效率提高10%，PM2.5減少15%；不同工況、錐度時(shí)，降塵速率隨霧滴速度、濃度增大而增加。

(3)以超音速汲水虹吸氣動(dòng)霧化降塵技術(shù)為核心的控塵系統(tǒng)，在敏東一礦06回風(fēng)巷應(yīng)用后，在中心風(fēng)速為0.86 m/s的風(fēng)流擾動(dòng)下，能夠?qū)⒅┩覆⒏采w全斷面，呼吸性粉塵降塵效率為88.80%～91.58%，證明該系統(tǒng)達(dá)到了低濕節(jié)水、高效控塵的效果。